[发明专利]具有P-型欧姆接触层的发光二极管外延结构

说明书

本发明具有P‑型欧姆接触层的发光二极管外延结构，涉及以电极为特征的至少有一个电位跃变势垒或表面势垒的专门适用于光发射的半导体器件，该结构从下至上顺序包括衬底、缓冲层、N‑型半导体材料层、多量子阱层、P‑型电子阻挡层、P‑型半导体材料传输层和P‑型欧姆接触层，其中，P‑型欧姆接触层的组成为Al_xIn_yGa_1‑x‑yN,其中0≤x＜1，0≤y＜1，0≤１‑ｘ‑y，并且组分量是渐变的，沿着生长方向其晶格常数逐渐增加，并且禁带宽度逐渐减小。本发明克服了现有技术存在的宽禁氮化物半导体难于形成P型欧姆接触和空穴供应困难的缺陷，提高了LED的发光效率。

技术领域

本发明的技术方案涉及以电极为特征的至少有一个电位跃变势垒或表面势垒的专门适用于光发射的半导体器件，具体地说是具有P-型欧姆接触层的发光二极管外延结构。

背景技术

由于发光二极管具有节能环保，可灵巧设计，长寿命等优势，近年来得到迅速发展。尤其是III-V族氮化物的半导体LED技术在蓝光领域的成功，直接推动了LED照明进入千家万户。目前，氮化物LED正在朝着更短波长(紫外，深紫外)和更长波长(绿，黄)发展。LED的欧姆接触特性直接影响到整个器件的效率和可靠性。而氮化物P-型半导体中受主杂质镁的激活能高，其激活效率不到1％，低的空穴浓度使其很难形成P-型欧姆接触。对于氮化镓，为了形成欧姆接触，常用的手段是重掺杂，但是其会影响晶格质量，增加光的吸收。另外一种方法是在氮化镓表面生长一层非掺杂的InGaN，利用[0001]方向p-GaN/InGaN异质结界面处的极化场效应，引起能带偏移实现欧姆接触。这种利用极化场效应作用，提高InGaN中镁的激活效率，提高空穴浓度的方法，避免了重掺杂，并能实现良好的欧姆接触，但是该方法只能在很薄的InGaN中实现，很难获得大体积范围内的空穴浓度的提高，而薄的InGaN的窄的禁带宽度还限制了其在深紫外波段的应用。因此现有技术的深紫外LED中利用了厚的氮化镓作用空穴提供层，这极大的限制了深紫外LED中的发光效率。总之，现有技术存在的宽禁氮化物半导体难于形成P型欧姆接触和空穴供应困难的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供具有P-型欧姆接触层的发光二极管外延结构，是在LED外延结构的P-型传输层表面生长一层组份渐变的半导体材料即P-型欧姆接触层，沿着生长方向其晶格常数逐渐增加，并且禁带宽度逐渐减小，从而在整个组份渐变层中产生压缩应力，通过压电极化效应利用极化效应产生极化负电荷，从而吸引空穴，产生三维空穴气，增加空穴浓度，减小表面耗尽区的宽度，形成了良好的欧姆接触，改善了LED外延结构的P-型欧姆接触特性，克服了现有技术存在的宽禁氮化物半导体难于形成P型欧姆接触和空穴供应困难的缺陷，提高了LED的发光效率。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：具有P-型欧姆接触层的发光二极管外延结构，该结构从下至上顺序包括衬底、缓冲层、N-型半导体材料层、多量子阱层、P-型电子阻挡层、P-型半导体材料传输层和P-型欧姆接触层，其中，P-型欧姆接触层的组成为Al_xIn_yGa_1-x-yN,其中0≤x＜1，0≤y＜1，0≤1-x-y，并且组分量是渐变的，沿着生长方向其晶格常数逐渐增加，并且禁带宽度逐渐减小。

上述具有P-型欧姆接触层的发光二极管外延结构，所述衬底优选为蓝宝石、Si、SiC、AlN、石英玻璃或GaN。

上述具有P-型欧姆接触层的发光二极管外延结构，所述缓冲层的材质为Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N，式中，0≤x1≤1，0≤y1≤1，0≤1-x1+y1，厚度为10～50nm。

上述具有P-型欧姆接触层的发光二极管外延结构，所述N-型半导体材料层的材质为Al_x1In_y1Ga1_-x1-y1N，式中，0≤x1≤1,0≤y1≤1,0≤1-x1-y1，厚度为2～8μm。